第四章非線性電路時變參量電路

第四章非線性電路時變參量電路第一頁，共八十七頁，2022年，8月28日

4.1概述本書第4章介紹的小信號放大電路為線性放大電路。線性放大電路的特點是其輸出信號與輸入信號具有某種特定的線性關(guān)系。從時域上講,輸出信號波形與輸入信號波形相同,只是在幅度上進行了放大；從頻域上講,輸出信號的頻率分量與輸入信號的頻率分量相同。然而,在通信系統(tǒng)和其它一些電子設(shè)備中,需要一些能實現(xiàn)頻率變換的電路。這些電路的特點是其輸出信號的頻譜中產(chǎn)生了一些輸入信號頻譜中沒有的頻率分量,即發(fā)生了頻率分量的變換,故稱為頻率變換電路。第二頁，共八十七頁，2022年，8月28日頻率變換電路屬于非線性電路,其頻率變換功能應(yīng)由非線性元器件產(chǎn)生。在高頻電子線路里,常用的非線性元器件有非線性電阻性元器件和非線性電容性元器件。前者在電壓—電流平面上具有非線性的伏安特性。如不考慮晶體管的電抗效應(yīng),它的輸入特性、轉(zhuǎn)移特性和輸出特性均具有非線性的伏安特性,所以晶體管可視為非線性電阻性器件。后者在電荷—電壓平面上具有非線性的庫伏特性。如第4章介紹的變?nèi)荻O管就是一種常用的非線性電容性器件。第三頁，共八十七頁，2022年，8月28日雖然在線性放大電路里也使用了晶體管這一非線性器件,但是必須采取一些措施來盡量避免或消除它的非線性效應(yīng)或頻率變換效應(yīng),而主要利用它的電流放大作用。例如,使小信號放大電路工作在晶體管非線性特性中的線性范圍內(nèi),在丙類諧振功放中利用選頻網(wǎng)絡(luò)取出輸入信號中才有的有用頻率分量而濾除其它無用的頻率分量,等等。第四頁，共八十七頁，2022年，8月28日4.2.1非線性元件的工作特性第五頁，共八十七頁，2022年，8月28日第六頁，共八十七頁，2022年，8月28日第七頁，共八十七頁，2022年，8月28日第八頁，共八十七頁，2022年，8月28日第九頁，共八十七頁，2022年，8月28日第十頁，共八十七頁，2022年，8月28日

級數(shù)展開分析方法

)1e(IiKT/quScBE-=

折線分析法

線性時變電路分析法

第十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日如果加在二極管上的電壓ud=UQ+Usmcosωst，且Usm較小，UQ>>UT。流過二極管的電流為令，。則利用id(t)可以寫為：4.2非線性電路分析法

1.冪級數(shù)分析法

當(dāng)PN結(jié)二極管的電壓、電流值較小時，流過二極管的電流id(t)可寫為:uDiDO由二項式定理：進一步展開。其中，

iduS第十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日利用三角函數(shù)公式：可以將id(t)表達為：以上分析進一步表明：單一頻率的信號電壓作用于非線性元件時，在電流中不僅含有輸入信號的頻率分量ωs，而且還含有各次諧波頻率分量nωs。第十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日當(dāng)兩個信號電壓ud1=Udmlcosωlt和ud2=Udm2cosω2t同時作用在非線性元件時，根據(jù)以上的分析可得簡化后的id(t)表達式為：利用三角函數(shù)的積化和差公式：可以推出id(t)中所含有的頻率成份為：其中，（p，q=1，2，3….）。ω1ω2輸入電壓信號的頻譜ωω電流id(t)的頻譜…ω13ω12ω1……ω22ω2ω2-ω1ω2+ω1ω2+2ω1ω2-2ω12ω2+ω12ω2-ω12ω2+2ω12ω2-2ω1第十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日輸入信號頻譜輸出電流信號頻譜休息1休息2第十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日4.3.2折線分析法第十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日第十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日第十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日第十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日第二十頁，共八十七頁，2022年，8月28日us+-+-uoEBECVTCLic+ube-yiegmubeic+uce-UB(t)第二十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日us+-+-uoEBECVTCLUB(t)

線性時變電路分析法

uBEic第二十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日第二十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日相乘器

kuxuyuz輸入信號頻譜輸出信號頻譜2乘法器電路分析第二十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日4.4.3模擬相乘器及基本單元電路等各種技術(shù)領(lǐng)域

模擬乘法器可應(yīng)用于：4.3.1模擬相乘器的基本概念模擬乘法器具有兩個輸入端（常稱X輸入和Y輸入）和一個輸出端（常稱Z輸出），

是一個三端口網(wǎng)絡(luò)，電路符號如右圖所示：uxuyuzXYZ理想乘法器：

uz(t)=kux(t)uy(t)式中：k為增益系數(shù)或標(biāo)度因子，單位：，k的數(shù)值與乘法器的電路參數(shù)有關(guān)?；騔=kX·Y第二十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日一、乘法器的工作象限乘法器有四個工作區(qū)域，可由它的兩個輸入電壓的極性確定。XYXmax-XmaxYmax-Ymax輸入電壓可能有四種極性組合：XYZ（+）·（-）=（-）第Ⅳ象限（-）·（-）=（+）第Ⅲ象限（-）·（+）=（-）第Ⅱ象限（+）·（+）=（+）第Ⅰ象限如果：兩個輸入信號只能為單極性的信號的乘法器為“單象限乘法器”；一個輸入信號適應(yīng)兩種極性，而一個只能是一種單極性的乘法器為“二象限乘法器”；兩個輸入信號都能適應(yīng)正、負兩種極性的乘法器為“四象限乘法器”。二、理想乘法器的基本性質(zhì)1、乘法器的靜態(tài)特性（1）第二十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日（3）當(dāng)X=Y或X=-Y，Z=KX2或Z=-KX2，輸出與輸入是平方律特性（非線性）。XYX=YX=-Y2、乘法器的線性和非線性理想乘法器屬于非線性器件還是線性器件取決于兩個輸入電壓的性質(zhì)。一般：①當(dāng)X或Y為一恒定直流電壓時，Z=KCY=K`Y，乘法器為一個線性交流放大器。②當(dāng)X和Y均不定時，乘法器屬于非線性器件。（2）當(dāng)X=C（常數(shù)），Z=KCY=K‘Y，Z與Y成正比（線性關(guān)系）XYC>0C<0第二十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日①基本電路結(jié)構(gòu)是一個恒流源差分放大電路，不同之處在于恒流源管VT3的基極輸入了信號uy(t)，即恒流源電流Io受uy(t)控制。

4.3.2模擬相乘器的基本單元電路1、二象限變跨導(dǎo)模擬相乘器ECRCRCVT3VT2VT1uyuxREube1ube2ic2ic1Ioube3由圖可知：ux=ube1-ube2根據(jù)晶體三極管特性，VT1、VT2集電極電流為：

VT3的集電極電流可表示為：可得：同理可得：式中，為雙曲正切函數(shù)。

差分輸出電流io為:ic1、ic2ic1ic2Io

0-3321-1-2可以看出，當(dāng)ux<<2UT時，

ic1、ic2與近似成線性關(guān)系。

可近似為:差分放大電路的跨導(dǎo)gm為:uo恒流源電流Io為:（uy>0）

輸出電壓uo為:由于uy控制了差分電路的跨導(dǎo)gm，使輸出uo中含有uxuy相乘項，故稱為變跨導(dǎo)乘法器。

變跨導(dǎo)乘法器輸出電壓uo中存在非相乘項，而且要求uy≥ube3，所以只能實現(xiàn)二象限相乘。

第二十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日uoS(t)4.4.3開關(guān)函數(shù)分析法+-udidididRLVDusuo+-+-第二十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日RLrdusuo+-+-開關(guān)頻率ωoRLVDusuo+-+-idid第三十頁，共八十七頁，2022年，8月28日4.5變頻器的工作原理1.

變頻器的作用與組成變頻即對信號進行頻率變換，將其載頻變換到某一固定的頻率上(常稱為中頻)，而保持原信號的特征(如調(diào)幅規(guī)律)不變。變頻器的電路組成如圖所示第三十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日2.為什么要變頻？變頻的優(yōu)點：1)變頻可提高接收機的靈敏度2)提高接收機的選擇性3)工作穩(wěn)定性好4)波段工作時其質(zhì)量指標(biāo)一致性好變頻的缺點：容易產(chǎn)生鏡像干擾、中頻干擾等干擾第三十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日3.變頻器的分類

平衡混頻、按器件分：二極管混頻器、三極管混頻器、三極管變頻器、場效應(yīng)管混頻器、場效應(yīng)管變頻器模擬乘法器混頻器、

按工作特點分：單管混頻、環(huán)型混頻從兩個輸入信號在時域上的處理過程看：疊加型混頻器、乘積型混頻器第三十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日4.混頻器的性能指標(biāo)1)變頻(混頻)增益：混頻器輸出中頻電壓Vim與輸入信號電壓Vsm的

幅值之比。2)噪聲系數(shù)：高頻輸入端信噪比與中頻輸出端信噪比的比值。3)選擇性：抑制中頻信號以外的干擾的能力。4)非線性干擾：抑制組合頻率干擾、交調(diào)、互調(diào)干擾等干擾的能力。上述的幾個質(zhì)量指標(biāo)是相互關(guān)聯(lián)的，應(yīng)該正確選擇管子的工作點、合理選擇本振電路和中頻頻率的高低，使得幾個質(zhì)量指標(biāo)相互兼顧，整機取得良好的效果。5)工作穩(wěn)定性：主要指振蕩器的頻率穩(wěn)定度第三十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日疊加型混頻器實現(xiàn)模型

圖示中的非線性器件具有如下特性：對其2次方進行分析：在二次方項中出現(xiàn)了和的相乘項，因而可以得到(0+s)和(0-s)。若用帶通濾波器取出所需的中頻成分(和頻或差頻)，可達到混頻的目的。第三十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日所用非線性器件的不同，疊加型混頻器有下列幾種：1.晶體三極管混頻器它有一定的混頻增益2.場效應(yīng)管混頻器它交調(diào)、互調(diào)干擾少3.二極管平衡混頻器和環(huán)形混頻器

它們具有動態(tài)范圍大組合頻率干擾少的優(yōu)點第三十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日乘積型混頻器實現(xiàn)模型

乘積型混頻器由模擬乘法器和帶通濾波器組成其實現(xiàn)模型如圖所示設(shè)輸入信號為普通調(diào)幅波

采用中心頻率不同的帶通濾波器(0–s)或(0+s)則可完成低中頻混頻或高中頻混頻。第三十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日4.6晶體管混頻器1.基本電路和工作原理

上圖為晶體三極管混頻器的原理電路。圖中，VBB為基極偏置電壓，VCC為集電極直流電壓，L1C1組成輸入回路，它諧振于輸入信號頻率s。L2C2組成輸出中頻回路，它諧振于中頻i=o–s。設(shè)輸入信號，本振電壓

實際上，發(fā)射結(jié)上作用有三個電壓第三十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日晶體管混頻器的分析方法1.冪級數(shù)分析法

2.變跨導(dǎo)分析法

在混頻時，混頻管可看著一個參數(shù)(跨導(dǎo))在改變的線性元件，即變跨導(dǎo)線件元件。在小信號運用的條件下，也可以將某些非線性元器件函數(shù)表達式用冪級數(shù)函數(shù)近似，使問題簡化。用這種方法來分析非線性電路可突出說明頻率變換作用，不便于作定量分析。i=a0+a1v+a2v2+a3v3+……

第三十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日晶體管混頻原理電路，其電路組態(tài)可歸為4種電路形式

圖(a)電路對振蕩電壓來說是共發(fā)電路，輸出阻抗較大，混頻時所需本地振蕩注入功率較小，這是它的優(yōu)點。，可能產(chǎn)生頻率牽引現(xiàn)象，這是它的缺點。圖(b)電路的輸入信號與本振電壓分別從基極輸入和發(fā)射極注入，因此，相互干擾產(chǎn)生牽引現(xiàn)象的可能性小。同時，對于本振電壓來說是共基電路，其輸入阻抗較小，不易過激勵，因此振蕩波形好，失真小。這是它的優(yōu)點。圖(c)和(d)兩種電路都是共基混頻電路。在較低的頻率工作時，變頻增益低，輸入阻抗也較低，因此在頻率較低時一般都不采用。但在較高的頻率工作時(幾十MHz)，因為共基電路的截止頻率f比共發(fā)電路的f要大很多，所以變頻增益較大。因此，在較高頻率工作時采用這種電路。

第四十頁，共八十七頁，2022年，8月28日

由于信號電壓Vsm很小，無論它工作在特性曲線的哪個區(qū)域，都可以認為特性曲線是線性的(如圖上ab、ab和ab三段的斜率是不同的)。因此，在晶體管混頻器的分析中，我們將晶體管視為一個跨導(dǎo)隨本振信號變化的線性參變元件。

變跨導(dǎo)分析法加電壓后的晶體管轉(zhuǎn)移特性曲線

因Vo>>Vsm使晶體管工作在線性時變狀態(tài)，所以晶體管集電極靜態(tài)電流ic(t)和跨導(dǎo)gm(t)均隨

作周期性變化。第四十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日

由于信號vs遠小于v0，可以近似認為對器件的工作狀態(tài)變化沒有影響。此時流過器件的電流為

i(t)

=

f(v)=

f(v0+vs+vBB)

可將v0+vBB看成器件的交變工作點，則i(t)可在其工作點(v0+vBB)處展開為泰勒級數(shù)

由于vs的值很小，可以忽略二次方及其以上各項，則i(t)近似為

第四十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日其中f(v0+vBB)是vs=0時僅隨v0變化的電流，稱為時變靜態(tài)電流，f(v0+vBB)隨v0+vBB而變化，稱為時變電導(dǎo)g(t)，電流可以寫為

i(t)

Io(t)+g(t)

vs(t)

將vBB+v0=VBB+V0mcos0t

vs=Vsmcosst

代入式展開并整理，得

第四十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日若中頻頻率取差頻，

則混頻后輸出的中頻電流為其振幅為

第四十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日由上式引出變頻跨導(dǎo)gc的概念，它的定義為

輸出的中頻電流振幅Ii與輸入高頻信號電壓的振幅Vs成正比。若高頻信號電壓振幅Vsm按一定規(guī)律變化，則中頻電流振幅Ii也按相同的規(guī)律變化。

第四十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日混頻器除混頻跨導(dǎo)外，還有輸入導(dǎo)納、輸出導(dǎo)納、混頻增益等參數(shù)。前述已知在晶體管混頻器的分析中，把晶體管看成一個線性參變元件，因此可采用分析小信號線性放大器時所用的等效電路來分析混頻器的參數(shù)。

晶體管混頻器的主要參數(shù)i

第四十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日(1)混頻輸入導(dǎo)納混頻輸入導(dǎo)納為輸入信號電流與輸入信號電壓之比，在計算混頻器的輸入導(dǎo)納時，可將圖所示的等效電路作進一步的簡化。混頻器的輸入回路調(diào)諧于s，輸出回路調(diào)諧于1。對頻率s而言，輸出可視為短路，同時考慮到Cbe>>Cbc，由此得到輸入等效電路如圖所示，并可以算出混頻輸入導(dǎo)納為

輸入導(dǎo)納的電導(dǎo)部分為而電納部分（電容）一般總是折算到輸入端調(diào)諧回路的電容中去。

第四十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日混頻輸出導(dǎo)納為輸出中頻電流與輸出電壓之比，輸出導(dǎo)納是對中頻i而言在輸出端呈現(xiàn)的導(dǎo)納。因此，調(diào)諧于s的輸入回路可視為短路，得到輸出等效電路如圖所示，并可算出混頻輸出導(dǎo)納為

輸出等效電路輸出導(dǎo)納中的電導(dǎo)為

(2)混頻輸出導(dǎo)納第四十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日在混頻中，由于輸入是高頻信號，而輸出是中頻信號，二者頻率相差較遠，所以輸出中頻信號通常不會在輸入端造成反饋，電容Cbc的作用可忽略。另外，gce一般遠小于負載電導(dǎo)GL，其作用也可以忽略。由此可得到晶體管混頻器的轉(zhuǎn)移等效電路如圖所示

(3)混頻跨導(dǎo)gc

晶體管混頻器的轉(zhuǎn)移等效電路第四十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日由于g(t)是一個很復(fù)雜的函數(shù)，因此要從上式來求g1是比較困難的。從工程實際出發(fā)，采用圖解法，并作適當(dāng)?shù)慕疲祛l跨導(dǎo)可計為：

g1是在本振電壓加入后，混頻管跨導(dǎo)變量中基波分量第五十頁，共八十七頁，2022年，8月28日(4)混頻器的增益將混頻輸入電納和輸出電納歸并在輸入、輸出端的調(diào)諧回路的電容中去，則得到晶體三極管的等效電路如圖所示，圖中負載電導(dǎo)gL是輸出回路的諧振電導(dǎo)。故混頻電壓增益晶體三極管混頻器等效電路

由圖可以算出第五十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日混頻功率增益如果電路匹配，使goc=gL，則可得到最大混頻功率增益第五十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日(1)混頻電路下圖是電視機中的混頻器電路。由高頻放大器輸入的信號，經(jīng)雙調(diào)諧電路耦合加到混頻管的基極，本振電壓通過耦合電容C1也加到基極上。本振信號的頻率要比信號的圖像載頻高38MHz，為了減小兩個信號之間的相互影響，耦合電容C1的值取得很小。

電視機的混頻電路3.晶體三極管混頻器的實際電路第五十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日

為使輸出電路在保證帶寬下具有良好的選擇性，常采用雙調(diào)諧耦合回路，并在初級回路中并聯(lián)電阻R，用以降低回路Q值，滿足通帶的要求。次級回路用C2，C3分壓，目的是與75電纜特性阻抗相匹配。

第五十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日

下圖為晶體管混頻器實用電路的交流通路。應(yīng)用在日立CTP-236D型彩色電視機ET-533型VHF高頻頭內(nèi)。圖中的V1管用作混頻器，輸入信號(即來自高放的高頻電視信號，頻率為fs)由電容C1耦合到基極；本振信號由電容C2也耦合到基極，構(gòu)成共射混頻方式，其特點是所需要的信號功率小，功率增益較大?；祛l器的負載是共基式中頻放大器(V2構(gòu)成)的輸入阻抗。

晶體管混頻器實用電路

第五十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日(2)變頻電路下圖是晶體管中波調(diào)幅收音機常用的變頻電路，其中本地振蕩和混頻都由三極管3AG1D完成。第五十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日

圖中，R1，R2，R3是偏置電阻，L4，C4，C1B，C6組成振蕩回路，L3是反饋線圈。中頻回路L5C5的并聯(lián)阻抗對本振頻率而言可視為短路，因此，3AG1D構(gòu)成共基極變壓器耦合振蕩器。由磁性天線接收到的無線電信號經(jīng)過L1，C1A，C2組成的輸入回路，選出所需頻率的目標(biāo)信號，再經(jīng)L1與L2的變壓器耦合，送到晶體管的基極。本振信號經(jīng)C7注入晶體管的發(fā)射極，混頻后由集電極輸出。L3對中頻可視為短路，C5，L5調(diào)諧于中頻，以便抑制混頻輸出電流中的無用頻率分量(如fs,f0,f0+fs,2f0fs等)。輸出中頻分量fi=f0-fs，經(jīng)L6耦合至后級中頻放大器。第五十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日

混頻器的Apc、噪聲系數(shù)NF等都與工作點電流Ic及本振電壓V0的大小有關(guān)，具體數(shù)學(xué)關(guān)系比較復(fù)雜，這里只介紹一些實驗結(jié)果。在中波廣播收音機中，最典型的曲線如圖所示，這是鍺三極管的情況；若為硅管，Apc的最大點所對應(yīng)的電流Ie要略大一點。4.晶體管混頻器工作狀態(tài)的實際選擇第五十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日三極管混頻器優(yōu)點：有變頻增益

缺點：1、動態(tài)范圍較小

2、組合頻率干擾嚴(yán)重

3、噪聲較大

4、存在本地輻射二極管混頻器優(yōu)點：1、動態(tài)范圍較大

2、組合頻率干擾少

3、噪聲較小

4、不存在本地輻射缺點：無變頻增益第五十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日二極管可以工作在小信號非線性狀態(tài)，也可以工作在受大信號v0控制的開關(guān)狀態(tài)。小信號時平衡混頻器的分析采用冪級數(shù)分析法，混頻時輸入信號

，輸出回路則諧振在中頻i上。4.7二極管混頻器平衡混頻器原理電路

二極管的伏安特性可用冪級數(shù)表示：

為簡化分析，忽略輸出電壓對二極管的反作用，則

1.平衡混頻器第六十頁，共八十七頁，2022年，8月28日利用三角公式展開，并分類整理，可得當(dāng)很小時，級數(shù)可只取前四項，得第六十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日由上式可見，經(jīng)過二極管非線性變換后，出現(xiàn)了許多新頻率，但其中只有才是我們所需要的。這是由平方項產(chǎn)生的。其它頻率分量都是無用的產(chǎn)物，必須將它們抑制掉。i1、i2以相反方向流過輸出端變壓器初級，使變壓器次級負載電流il1,=i1–i2

第六十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日

由于元器件的非線性作用，單管輸出電流中產(chǎn)生了輸入電壓中不曾有的新頻率成分，如輸入頻率的諧波20和2s、30和3s；輸入頻率及其諧波所形成的各種組合頻率0+s、0–s、0+2s、0–2s、20+s、20–s。平衡混頻器輸出電流的頻率成份為：

s、0+s、0–s、20+s、20–s、3s

第六十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日環(huán)形混頻器由兩個平衡混頻器構(gòu)成，其主要優(yōu)點是輸出中頻信號是平衡混頻器的兩倍，而且抵消了輸出電流中的某些組合頻率分量，從而減小混頻器中所特有的組合頻率干擾。

2.環(huán)形混頻器第六十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日由平衡混頻器得：環(huán)型混頻器輸出電流的頻率成份為：

0+s、0–s第六十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日目前，許多從短波到微波波段的整體封裝二極管環(huán)形混頻器已作為系列產(chǎn)品，一個用于0.5~500MHz的典型環(huán)形混頻器(SRA-1雙平衡混頻器)的外形及電路示于下圖。使用時，8，9端外接信號電壓s，3，4端相連，5，6端相連，然后在3，5端間加本振電壓L，中頻信號由1，2端輸出。此電路除用作混頻器外，還可以用作相位檢波器、電調(diào)衰減器、調(diào)制器等。封裝環(huán)形混頻器的外形與電路第六十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日兩信號相乘可以得到其和、差頻分量，因此兩信號相乘實現(xiàn)混頻是最直觀的方法，利用模擬相乘器可構(gòu)成乘積型混頻器。

MCI596構(gòu)成的集成混頻電路4.8差分對模擬相乘器混頻電路MCI596是集成化模擬乘法器芯片，由它構(gòu)成的混頻電路，可大大減小由組合頻率分量產(chǎn)生的各種干擾，另外還具有體積小、重量輕、調(diào)整容易、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。

第六十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日

被混頻的信號電壓由端子①輸入，最大值約15mV；本振電壓由端子⑧輸入，振幅約100mV；相乘后的信號由第⑥端子輸出經(jīng)帶通濾波后，即可獲得中頻信號輸出。輸入端不接調(diào)諧回路時為寬頻帶應(yīng)用。

本電路可對高頻或甚高頻信號進行混頻，如s的頻率為200MHz時，電路的混頻增益約為9dB，靈敏度為14V，當(dāng)輸入端接有阻抗匹配的調(diào)諧回路時，可獲得更高的混頻增益。輸出帶通濾波器的中心頻率約9MHz，其3dB帶寬為450kHz。

MCI596構(gòu)成的集成混頻電路第六十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日有用信號諧波和本振信號諧波產(chǎn)生的干擾--組合頻率干擾(干擾哨聲)混頻器的輸出信號中所包含的各種頻率分量為：p，q為任意正整數(shù)，分別代表本振頻率和信號頻率的諧波次數(shù)。只有p=q=1對應(yīng)的頻率為f0-fs的分量是所需要的中頻信號。如果某些組合頻率落在諧振回路的通頻帶內(nèi)，這些組合頻率分量就和有用的中頻分量一樣，通過中放進入檢波器，并在檢波電路中與有用信號產(chǎn)生差拍，這時在接收機的輸出端將產(chǎn)生哨叫聲，形成有害的干擾。這種干擾又稱為干擾哨叫。即當(dāng)時會產(chǎn)生干擾哨叫。4.9混頻器的干擾第六十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日減小這種干擾的措施:1.輸入信號vs,本振電壓vo都不易過大。2.適當(dāng)選擇晶體管的靜態(tài)工作點，使混頻器既能產(chǎn)生有用頻率變換，而又不致產(chǎn)生無用的組合頻率干擾。3.選擇合適的中頻，將接收機的中頻選在接收機頻段外

第七十頁，共八十七頁，2022年，8月28日例如，設(shè)加給混頻器輸入端的有用信號頻率fs=931kHz，本振頻率fo=1396kHz。經(jīng)過混頻器的頻率變換產(chǎn)生出眾多組合頻率分量，

其中的fi=fo-fs=465kHz是有用的中頻信號。而其它分量是無用或有害的。如當(dāng)q=2，p=-1時，fi=2fs–fo=2931-1396=466kHz=fi+F(此處F=1kHz)。若中頻放大器的通頻帶2f0.7=4kHz，則頻率fi=466kHz的分量落在中放通帶內(nèi)，與465KHz的中頻信號一起被中頻放大并加給檢波器。因為檢波器由非線性元器件組成，也有頻率變換作用，則會產(chǎn)生fi–fi=466-465=1kHz的差拍信號送到接收機終端，形成被人耳聽到的哨叫。

第七十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日2、外來干擾信號和本振產(chǎn)生的干擾(1)組合副波道干擾

如果混頻器之前的輸入回路和高頻放大器的選擇性不夠好，除了要接收的有用信號外，干擾信號也會進入混頻器。當(dāng)干擾頻率fn與本振頻率fo滿足會產(chǎn)生組合副波道干擾。時，第七十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日(2)副波道干擾在組合副波道干擾中，某些特定頻率形成的干擾稱為副波道干擾。這種干擾主要有中頻干擾和鏡像干擾。1)中頻干擾當(dāng)干擾信號的頻率等于或接近fi時的干擾。2)鏡像頻率干擾當(dāng)外來干擾干擾信號的頻率fn=fo+fi=時的干擾fn=fo+fi=第七十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日提高前端輸入回路的選擇性，將干擾抑制在通帶外，可在混頻器的輸入端加中頻陷波電路，濾除外來的中頻干擾。如圖所示。(a)串聯(lián)LC陷波電路(b)并聯(lián)LC陷波電路抑制中頻干擾的主要方法第七十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日如果把fo當(dāng)作鏡子，則相當(dāng)于fs的象，所以稱為鏡像干擾頻率，即抑制鏡頻干擾的方法:1.提高混頻器前各級電路的選擇性2.提高接收機的中頻頻率fi，以使鏡像頻率與信號頻率fs的頻率間距(2fi)加大，有利于選頻回路對3.還可采用鏡能抑制混頻電路，將鏡像頻率信號部分抵消。鏡像頻率干擾抑制。第七十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日例某超外差收音機，其中頻fi=465kHz。(1)當(dāng)收聽fs1=550kHz電臺節(jié)目時，還能聽到fn1=1480kH強電臺的聲音，分析產(chǎn)生干擾的原因。(2)當(dāng)收聽fs2=1480kHz電臺節(jié)目時，還能聽到fn2=740kHz強電臺的聲音，分析產(chǎn)生干擾原因。解：(1)因為fn1=fs1+2f1=550+2465=1480kHz；根據(jù)上述分析，fn1為鏡頻干擾。(2)因為fs2=1480kHzfi=465kHz所以fo2=fs2+fi=1480+465=1945kHz，而fn2=740kHz,fo2–2fn2=1945–2740=465kHz=fi故這種干擾為組合副波道干擾。第七十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日3、其他類型的干擾1)交叉調(diào)制(交調(diào))干擾產(chǎn)生的原因：當(dāng)所接收電臺的信號和干擾電臺同時進入接收機輸入端時，如果接收機調(diào)諧于信號頻率，可以清楚地收到干擾信號電臺的聲音，若接收機對接收信號頻率失諧，干擾臺的聲音也消失。由混頻器3次方以上的非線性傳輸特性產(chǎn)生的。其現(xiàn)象為：第七十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日設(shè)混頻器的轉(zhuǎn)移特性用冪級數(shù)表示

若干擾信號作用在混頻器上的

將此式代入上式并經(jīng)必要的三角變換后，可得s的電流成分is為

其中為無失真包絡(luò)項，為失真包絡(luò)項，即為交調(diào)干擾項，顯然，交調(diào)項由也就是說交調(diào)是由轉(zhuǎn)移特性曲線的三次方項產(chǎn)生，且與成正比。當(dāng)時，交調(diào)項起作用，當(dāng)這在聽覺上就表現(xiàn)為聽到有用信號的聲音同時，可以聽到干擾信號的聲音，而一但有用信號停止播音，干擾臺聲音也隨之消失。引起，交調(diào)項消失。第七十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日以上分析表明，交調(diào)是由非線性特性中的三次或更高次非線性項產(chǎn)生的，因此克服交調(diào)干擾的主要方法為:1.提高混頻電路前級的選擇性抑制干擾；2.選擇合適的器件和合適的工作狀態(tài)，使混頻器的非線性高次方項盡可能?。?.采用抗干擾能力較強的平衡混頻器和模擬乘法器混頻電路。第七十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日2)互相調(diào)制(互調(diào))干擾

當(dāng)兩個或兩個以上的干擾進入到混頻器的輸入端時，它們與本振電壓v0一起加到混頻管的發(fā)射結(jié)。由于器件的非線性作用，它們將產(chǎn)生一系列組合頻率分量。如果某些分量的頻率等于或接近于中頻時，就會形成干擾，稱為互調(diào)干擾。接收機調(diào)諧于信號頻率，可以清楚地收到干擾信號電臺的聲音，若接收機對接收信號頻率失諧，干擾臺的聲音仍然存在。由非線性器件二次方以上的特性引起，因此存在二階互調(diào)和三階互調(diào)及高階互調(diào)。

現(xiàn)象：產(chǎn)生的原因：第八十頁，共八十七頁，2022年，8月28日若有兩個干擾信號進入到混頻器，它們分別為這時所得的ic中包含一系列組合頻率分量，其頻率可用下列通式表示若兩干擾信號形成的新的組合頻率即組合頻率與本振頻率f0之差落在中頻范圍

那么，它就會和接收信號所產(chǎn)生的中頻一樣通過中放、檢波，造成強烈干擾。與信號頻率fs相近，第八十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日

例:當(dāng)fn1=1.5MHz，fn2=0.9MHz，若接收機在1~3.5MHz波段工作，向在哪幾個頻率上會產(chǎn)生互調(diào)干擾？解：若m，n=1則fn1+fn2=1.5+0.9=2.4MHzfn1–fn2=1.5–0.9=0.6MHz(波段外)m=1，n=2fn1+fn2=1.5+1.8=3.3MHz##2fn1–fn2=1.5–1.8=2.4MHz(波段外)